壓型鋼板在拌和站料倉擋墻中的應(yīng)用

張小龍

(中交二公局第五工程有限公司，陜西 西安 710119)

1 壓型鋼板簡介

壓型鋼板是以冷軋Q235薄鋼板為基板，經(jīng)鍍鋅后覆以彩色涂層再經(jīng)輥彎成型的波紋板材[1]，其截面一般為梯波形，具有成型靈活、施工速度快、外觀美觀、重量輕、易于工業(yè)化、商品化生產(chǎn)等多重特點(diǎn)，因此，被廣泛用作于建筑屋面及墻面圍護(hù)材料。

近年來，壓型鋼板以其造價(jià)低、施工便捷、耐久度高以及環(huán)保無污染等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸被應(yīng)用于公路橋梁臨建工程建設(shè)中，如拌和站料倉擋墻[2]。壓型鋼板的應(yīng)用可以使整個(gè)工程進(jìn)一步加快施工進(jìn)度，且能夠獲得良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益，并且對(duì)環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)頗大，符合綠色公路建設(shè)理念。隨著科學(xué)技術(shù)及建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，壓型鋼板定在今后的施工中應(yīng)用必定會(huì)更加地廣泛。

2 項(xiàng)目概況

本文以云茂高速TJ10標(biāo)2#混凝土拌和站料倉為案例，云茂高速TJ10標(biāo)2#混凝土拌和站配置2臺(tái)HZS90拌和機(jī)，料倉共布置8間，單間平面尺寸為18 m×15 m。料倉隔墻采用雙層YX 51-253-760壓型鋼板，高3 m，板間立柱為工22b型鋼，間距1.5 m。立柱3.5 m長，其中嵌入混凝土基礎(chǔ)50 cm。

如圖1～2所示，分別為YX 51-253-760壓型鋼板隔墻和混凝土隔墻。

本文通過該項(xiàng)目，對(duì)壓型鋼板所具有的優(yōu)勢(shì)展開詳細(xì)的研究。

圖1 YX 51-253-760壓型鋼板隔墻

圖2 混凝土隔墻

3 壓型鋼板對(duì)比混凝土的優(yōu)勢(shì)

3.1 施工投入少，節(jié)約成本

將壓型鋼板隔墻成本與同尺寸的混凝土擋墻進(jìn)行分析，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1～2。

表1 料倉隔墻成本計(jì)算表

表2 混凝土擋墻成本計(jì)算表

通過以上計(jì)算分析，整座料倉壓型鋼板隔墻成本為11.0萬元，而混凝土擋墻成本需26.1萬元，在該案例中采用壓型鋼板可節(jié)約成本15.1萬元。壓型鋼板自重輕，對(duì)基礎(chǔ)要求低，因此耗費(fèi)鋼材少，也降低了基礎(chǔ)費(fèi)用(可直接利用料倉底面硬化層作為基礎(chǔ))。

3.2 裝配化施工，縮短工期

壓型鋼板標(biāo)準(zhǔn)化程度高，可根據(jù)國產(chǎn)材料，采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化生產(chǎn)，制成標(biāo)準(zhǔn)零部件，現(xiàn)場(chǎng)安裝，實(shí)現(xiàn)流水線裝配化施工。

云茂高速TJ10標(biāo)2#混凝土拌和站料倉隔墻工22b立柱通過PC220挖掘機(jī)勾吊配合人工安裝，與料倉底面硬化層澆筑為一體。壓型鋼板單塊高76 cm，可通過人工與立柱兩面焊接安裝，投入6名工人，工效可達(dá)2道/天。

若采用混凝土擋墻，則需要在料倉場(chǎng)地平整后開挖擋墻基礎(chǔ)，綁扎鋼筋、澆筑擋墻基礎(chǔ)后，再次綁扎墻身鋼筋，之后通過PC220挖掘機(jī)配合人工立模澆筑整道擋墻。壓型鋼板與混凝土擋墻施工周期對(duì)比如表3所示。

對(duì)于新開工的土建項(xiàng)目，前期臨建工程為項(xiàng)目施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其建設(shè)進(jìn)度直接制約了后續(xù)主體工程的施工進(jìn)展。以云茂高速TJ10標(biāo)2#混凝土拌和站料倉規(guī)格為案例通過對(duì)比分析，采用壓型鋼板可節(jié)約工期12天，有效推進(jìn)項(xiàng)目前期進(jìn)展。若施工中被機(jī)械誤操作導(dǎo)致?lián)p壞，將局部損壞的壓型鋼板更換即可，使維修更加便捷；而混凝土擋墻若在使用中損壞(包括基礎(chǔ)沉降、機(jī)械誤傷等因素)，則基本需要重筑整道擋墻，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。

表3 施工周期對(duì)比表

3.3 可周轉(zhuǎn)性高，綠色施工

壓型鋼板作為一種新型板材，其防腐蝕性、耐久性高，正常使用年限可達(dá)30年以上。采用壓型鋼板替代混凝土作為料倉隔墻，可以減少混凝土原材料(砂、石料等地材)開采，且當(dāng)拌和站拆除后，壓型鋼板還可以隨拌和機(jī)周轉(zhuǎn)至下一項(xiàng)目，減少建筑垃圾產(chǎn)生，符合綠色公路建設(shè)理念。

另一方面，對(duì)于云茂高速TJ10標(biāo)項(xiàng)目，其地處山區(qū)，進(jìn)場(chǎng)道路崎嶇，商品混凝土供應(yīng)困難；如果采用小型滾筒機(jī)拌和，不但混凝土質(zhì)量難以保證，而且施工中柴油消耗量大，對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重。

3.4 截面慣性矩大，材料利用率高

壓型鋼板波紋截面為結(jié)合豐富的施工經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)出的材料高利用率截面，現(xiàn)以YX 51-253-760壓型鋼板料倉隔墻為算例對(duì)其受力性能進(jìn)行分析。

3.4.1 荷載計(jì)算

料倉填料為砂、碎石，容重γ取20 kN/m3，內(nèi)摩擦角40°。

1)碎石對(duì)隔墻的水平側(cè)壓力。隔墻一邊料倉滿載，一邊料倉空載情況下，為最不利工況。隔墻填料為砂或碎石，粘聚力C取0，采用朗金主動(dòng)土壓力公式進(jìn)行計(jì)算：

Pa=γHKa=γHtan2(45°-φ/2)

(1)

計(jì)算壓力Pa=20×2.5×0.217=10.85kN/m2

2)堆卸碎石時(shí)產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值。考慮堆卸碎石時(shí)產(chǎn)生的水平活載荷標(biāo)準(zhǔn)值取值4 kN/m2。

3)水平側(cè)壓力的荷載組合。

(1)取1m高壓型面板進(jìn)行計(jì)算分析，其水平側(cè)壓力的設(shè)計(jì)值為：

F=1.2×10.85×1+1.4×4×1=18.62 kN/m

壓型板受力分析采用總體水平側(cè)壓力設(shè)計(jì)值。

(2)模板的變形分析采用碎石對(duì)隔墻的水平側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值：

F=10.85×1=10.85 kN/m

3.4.2 YX 51-253-760壓型鋼板受力分析

壓型鋼板面板厚1.0 mm，豎向采用工22b型鋼背撐，間距1.5 m。計(jì)算參數(shù)：W=24.2 cm3；I=67.3 cm4。如圖3所示，為壓型鋼板尺寸圖，表4具體為壓型鋼板參數(shù)。

圖3 壓型鋼板尺寸圖

表4 壓型鋼板參數(shù)

1)強(qiáng)度驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算取設(shè)計(jì)值18.62 kN/m，跨度1.5 m，按照多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。

M=1/10ql2=1/10×18.62×1.52=4.2 kN·m

(2)

式中，M為彎矩，kN·m；q為水平側(cè)壓力的設(shè)計(jì)值，取18.62 kN/m；l為跨度，取1.5 m。

σ=M/W=4.2 kN·m/24.2 cm3=173.6 MPa<σ=215 MPa，面板強(qiáng)度滿足要求。

2)剛度驗(yàn)算。剛度驗(yàn)算取荷載標(biāo)準(zhǔn)值10.85 kN/m，跨度1.5 m，按照多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。

(3)

式中，E為鋼材彈性模量，MPa。

故壓型鋼板變形滿足施工要求。

3.4.3 立柱計(jì)算分析

1)抗滑計(jì)算。由于工22b立柱嵌入混凝土基礎(chǔ)0.5 m，與地基為整體，不需要計(jì)算抗滑穩(wěn)定性。

2)強(qiáng)度驗(yàn)算。立柱為一端固定，一端自由的懸臂梁構(gòu)件，布置間距為1.5 m一道，按照最不利荷載工況考慮，立柱底部荷載組合為q=1.2×1.5×Pa=19.53kN/m；

M=1/6ql2=1/6×19.53×2.52=20.34kN/m

(4)

式中，l為理論計(jì)算跨徑，m。

σ=M/W=20.43kN·m/(116812.5mm3×2)=87.1MPa<[σ]=215MPa，立柱強(qiáng)度滿足要求。

3)剛度驗(yàn)算。剛度驗(yàn)算取荷載標(biāo)準(zhǔn)值10.85kN/m，懸挑端最大位移為：

w=ql4/(30EI)=10.85×2.54×1012/(30×2.06×105×9345000)=7.3mm<21/400=12.5mm

(5)

式中，q為線荷載，kN/m。

故工22b變形滿足施工要求。

通過以上的計(jì)算分析，壓型鋼板以其獨(dú)特的波紋截面所具有的高截面慣性矩，滿足施工中強(qiáng)度及剛度的要求，完全可以替代混凝土，成為一種更經(jīng)濟(jì)的擋墻材料。

4 結(jié)束語

綜上所述，壓型鋼板作為一種新型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，在拌和站料倉擋墻中優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)突出，較混凝土相比更具有經(jīng)濟(jì)性、輕便性，且可回收再利用，順應(yīng)裝配化施工成為建筑業(yè)大潮流的趨勢(shì)，值得廣泛運(yùn)用。

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